先進傳感器提升自主移動機器人的控制能力

隨著人工智能的進步，結合日益先進的傳感器和控制算法，機器人變得越來越智能，他們現在可以自主執行復雜的任務，例如移動、抓取和定位物體。目前自主移動機器人（AMR）已在制造、醫療保健、物流和倉儲等各個行業中流行起來。本文將為您介紹自主移動機器人的架構與發展，以及艾睿電子與合作伙伴意法半導體（ST）與安森美（onsemi）的相關解決方案。

自主移動機器人推動工業5.0發展

自主移動機器人泛指一種能夠獨立理解環境并在其環境中移動的機器人，自主移動機器人與其前身自動導引車（AGV）不同，后者依賴于軌道或預定義路徑，并且通常需要操作員監督。

自主移動機器人具有多種優勢，例如提高效率、降低勞動力成本和提高安全性。它們可以運輸貨物、在工作站之間移動物品，以及在制造過程中執行質量控制任務。此外，自主移動機器人也適合應用在醫療保健、物流倉儲、農業、零售、餐飲業、酒店業等領域，隨著技術的進步，未來自主移動機器人將會有更多創新和實際應用。

目前自主移動機器人在工業應用的發展極為快速，結合工業5.0這個熱門名詞，代表著極為可觀的市場發展商機。工業5.0不僅是工業4.0的技術升級，更是一種全新的產業哲學，它強調人與機器的協同合作，將人的創造性與機器的效能完美結合，以實現更高的生產質量和工作效率。

不同于工業4.0僅僅專注于機器和數據分析，工業5.0更進一步強調人的創造性和機器的效能結合，強調人與機器的和諧共存，人類與先進技術和人工智能驅動的機器人一起工作，可改善工作場所流程與增強彈性，這不僅能減少人力成本，也能提升工作質量。越來越智能的自主移動機器人，將在工業5.0的人機協作扮演關鍵的角色。

機器人通過傳感器來感知實體世界

隨著自主移動機器人變得更加智能并能夠與人類交互和協作，其所涉及的技術數量也在增加，例如運動、機器視覺、自主導航、傳感和連接。設計自主移動機器人涉及各種重要組件，例如無刷直流電機、傳感器、電源、照明和通信。由于篇幅有限，以下將以傳感器為主軸進行介紹。

在自主移動機器人應用中，傳感器扮演著關鍵的角色，通過傳感器，機器人可以感知實體世界，判斷物件、距離、方向等環境數據，結合算法來判斷移動方向與速度，躲避障礙物與找出最佳路徑，是自主移動機器人的重要感官。

隨著傳感器技術不斷發展，新的進步使自主移動機器人能夠在復雜的環境中導航，并以更高的準確性和精度與周圍環境進行交互。自主移動機器人使用多種傳感器來滿足不同的傳感要求，像是圖像傳感器、激光雷達系統、位置傳感器、可見光通信（VLC）驅動器等。

圖像傳感器和圖像信號處理器可用于視覺感知，使機器人能夠檢測和識別物體并在環境中導航。激光雷達系統（LiDAR）則用于3D測繪和避障，使機器人能夠在復雜的環境中導航。

位置傳感器則可測量機器人輪子或其他運動部件的旋轉，使其能夠準確跟蹤其在3D空間中的位置和方向。超聲波和紅外傳感器測量與物體的距離，使機器人能夠檢測障礙物并避免碰撞。可見光通信驅動器則使用可見光傳輸數據，這些驅動器可使機器人能夠與其他設備進行通信，包括自主移動機器人和人類用戶。以下將為您介紹一些新推出的先進傳感器供您選擇與參考。

意法半導體先進的加速度與距離傳感器

由意法半導體推出的ISM330DHCX是一款系統級封裝器件，具有專為工業應用量身定制的高性能3D數字加速計和3D數字陀螺儀，這款意法半導體的MEMS傳感器模塊系列，采用專門的微型機械加工工藝制造，而IC接口則使用CMOS技術開發，可以設計出專用電路，對該電路進行修調可以更好地匹配傳感器件的特性。在ISM330DHCX中，加速度計和陀螺儀的傳感組件在同一硅芯片上實現，從而保證了卓越的穩定性和穩健性。

ISM330DHCX的加速計可選量程為±2/±4/±8/±16 g，陀螺儀可選量程為±125/±250/±500/±1000/±2000/±4000 dps，能夠用在各種應用中。ISM330DHCX在所有設計環節和校準方面進行了優化，實現了極高的精度、穩定性、極低噪聲和完全的數據同步。

ISM330DHCX內置一組前所未有的嵌入式功能（機器學習內核、可編程FSM、FIFO、Sensor Hub、事件解碼和中斷）推動實現智能和復雜的傳感器節點，以非常低的功率提供高性能。ISM330DHCX采用14引線塑料焊盤柵格陣列（LGA）封裝。

在測量距離方面，意法半導體新款的VL53L8CX是高性能的低功耗8x8多區域飛行時間（ToF）傳感器，它在環境光下能夠在降低功耗的同時增強性能。該傳感器基于意法半導體的FlightSense技術設計，能夠提供最高400 cm的精確測距，并具有65°對角線視場。

VL53L8CX集成了功能強大的新一代VCSEL（垂直腔面發射激光器），以及兩個先進的超表面鏡頭。硬件封裝在創新的“一體化”模塊中，這使得它能夠適用于更廣泛的高性能應用場景，如低功耗系統激活、手勢識別、機器人SLAM（同時定位與地圖構建）、液位監控等多種用途。

VL53L8CX采用意法半導體的專利算法，可以檢測和跟蹤視場內的多個目標，具有64區域深度測量能力。意法半導體的直方圖確保蓋片玻璃串擾抗擾度超過60 cm。與所有基于意法半導體FlightSense技術的ToF傳感器一樣，VL53L8CX能夠測量絕對距離，不受目標顏色和反射率的影響。VL53L8CX并支持SPI和I2C接口，確保高頻幀率和短啟動時間。

VL53L8CX的VCSEL發射940 nm的完全不可見紅外光，這種VCSEL具有1級認證，對眼睛是安全的。使用VL53L8CP可以進行場景瀏覽和多區域檢測，這歸因于軟件可定制的檢測陣列，它能快速且低功耗地檢測到人體存在，此類檢測被稱為微深度圖。

安森美的新款旋轉位置傳感器與圖像傳感器

另一方面，安森美推出的NCS32100工業旋轉位置傳感器，提供了全功能控制器和傳感器接口，與印刷電路板傳感器配合使用時，可實現高分辨率、高精度角度傳感。NCS32100具有靈活的配置功能，允許連接到各種電感式傳感器模式，并提供各種數字輸出格式。與傳統位置傳感器解決方案相比，電感傳感技術具有獨特的優勢，包括但不限于對溫度不敏感、機械簡化和對污染物不敏感等特性。

NCS32100支持2.5MHz UART接口，用于連接半雙工RS-485驅動器，支持6000 rpm的全精度最大速度，最大功能轉子速度可達45000 rpm，采用2.7V - 5.5V電源電壓范圍，支持電池備份以進行多圈計數跟蹤，傳感器接口具高度可配置能力（最多8個通道），并可通過可編程的過溫閾值報告內部器件溫度，以及通過可編程低電池閾值報告備用電池電壓。

NCS32100的外部主數據采集命令響應時間為3μs，全工作電流為80mA，支持自校準功能，具有20位位置分辨率、24位多圈分辨率，并支持延遲取消功能。NCS32100可應用于工業自動化、機器人／協作機器人、角位置和速度傳感、伺服控制等領域，最終產品為編碼器模塊。

安森美擁有完整且多樣的圖像傳感器產品線，其中這款AR0822 CMOS圖像傳感器是一款基于2.0 μm像素的8兆像素（MP）堆疊式1/1.8英寸（8.81毫米對角線）BSI（背面照明）CMOS數字圖像傳感器。它具有3840 (H) x 2160 (V)的有源像素陣列，能夠以每秒60幀（fps）的速度播放4K視頻，以線性或eHDR模式（120 dB）滾動捕捉圖像快門讀數，提供出色的視頻性能。

AR0822可在3次曝光中以30 fps快速、全分辨率捕捉3840 X 2160的視頻，嵌入式高動態范圍（eHDR）高達120 dB，可在具有靈活曝光比控制的先進傳感器上進行eHDR重建，支持兩條曝光線Li-HDR輸出，具備運動喚醒功能與擴展動態范圍（eDR），智能線性化可最大限度地減少運動偽影和LED閃爍。AR0822可應用于安全和監控攝像頭、機器人技術、車輛儀表盤攝像頭等領域。

結語

自主移動機器人在各個行業中變得越來越重要，其成功取決于為其設計和開發精心選擇理想的技術，以優化自主移動機器人的性能，并確保其滿足應用的特定要求。隨著傳感器技術的快速發展，自主移動機器人變得越來越復雜和強大，能夠以更高的效率和精度執行更復雜的任務，這也拓展了其應用領域。